đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai; về mặt kỹ thuật và kinh tế phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau

Đề tài:

Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí

nghiệp công nghiệp

Giảng viên hướng dẫn : .

Sinh viên thực hiện : .

Lớp : .

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU 2

I Giới Thiệu Chung 2

1 Quy mô, công nghệ của nhà máy 2

2 Giới thiệu đặc điểm phụ tải điện của nhà máy 3

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÍNH 3

CHƯƠNG I 4

I ĐẶT VẤN ĐỀ 4

1 Xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu .5

2 Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải : 5

3 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình : 6

4 Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm : 6

5 Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích: 6

6 Phương pháp tính trực tiếp : 6

7 Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị: 6

8 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại 6

P1 = 6

II TÍNH TOÁN PTTT CHO CÁC PHÂN XƯỞNG 6

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước là nhu cầu sử dụng điện năng cũng tăng lên Trong đó Công nghiệp

là lĩnh vực tiêu thụ nguồn năng lượng này lớn nhất

Khi xây dựng nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư…trước tiên người ta phải xây dựng hệ thống cung cấp điện để cấp điện năng cho các máy móc và nhu cầu sinh hoạt của con người

Thiết kế hệ thống cấp điện cấp điện là việc làm khó Một công trình điện dù nhỏ nhất thì cũng yêu cầu kiến thức tổng hợp từ hàng loạt chuyên nghành hẹp (cung cấp điện, thiết bị điện, an toàn điện…) Ngoài

ra, người thiết kế còn phải có những hiểu biết nhất định về xã hội, về môi trường…Công trình thiết kế quá dư thừa sẽ gây lãng phí đất đai, nguyên vật liệu, làm ứ đọng vốn đầu tư Công trình thiết kế sai sẽ gây nên hậu quả nghiêm trọng

Nhằm hệ thống hóa và vận dụng những kiến thức đã được học tập vào các vấn đề của thực tiển, em được thực hành làm đồ án môn học Cung cấp điện với đề tài: Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp

Với sự nổ lực của bản thân cùng sự hướng dẫn của thầy giáo Võ Tiến Dũng, em đã hoàn thành xong đề tài này Nhưng với lượng kiến thức có hạn, cùng những hiểu biết chưa sâu về nhiều lĩnh vực, nên bản

đồ án này của em vẫn còn nhiều thiếu sót Vậy nên, em kính mong các thầy cô xem xét, góp ý,bổ sung cho nó hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Vinh, ngày 20/03/2011

SVTH: Hồ Ngọc Thích

CHƯƠNG MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY

I Giới Thiệu Chung

1 Quy mô, công nghệ của nhà máy

Trong một xí nghiệp công nghiệp thì có rất nhiều trang thiết bị máy móc, đa dạng và phức tạp.Các thiết bị này,tùy vào xí nghiệp và chức năng mà có tính công nghệ cao và hiện đại Hệ thống cung cấp điện sẽ ảnh hưởng tới chất lượng và giá thành của sản phẩm Do vậy cần phải thiết kế cấp điện đảm bảo độ tin cậy cao

Ở đây, nhà máy này có 10 phân xưởng, các phân xưởng này cũng được bố trí cũng tương đối gần nhau và có các số liệu kỹ thuật được cho

ở bảng sau:

stt Tên phân xưởng Diện tích Pt t(kW) Qt t(kW) Loại hộ tiêu thụ

1 Cơ điện 1552 240 200 2

2 Cơ khí 3435 1

3 Đúc gang 3352 400 340 1

4 Đúc thép 2643 450 350 1

5 Nhiệt luyện 2122 500 400 1

6 Mộc mẫu 447 200 420 2

7 Gò hàn 558 320 150 2

8 Cán thép 1837 350 280 1

Theo yêu cầu thì nhà máy làm việc 3 ca với Tm a x=5000 giờ, khoảng cách từ nguồn tới nhà máy là 12 Km và công suất của nguồn là rất lớn Đứng về mặt cung cấp điện thì việc thiết kế điện phải đảm bảo sự gia tăng phụ tải trong tương lai; về mặt kỹ thuật và kinh tế phải đề ra phương án cấp điện sao cho không gây quá tải sau vài năm sản xuất và cũng không gây quá dư thừa dung lượng công suất dự trữ.Trong nhà máy có nhiều phân xưởng thuộc hộ tiêu thụ loại 1 nên đây là một nhà máy tiêu thụ loại 1, tức là cần được cung cấp điện liên tục và an toàn

2 Giới thiệu đặc điểm phụ tải điện của nhà máy

Phụ tải điện trong nhà máy công nghiệp thường được chia làm hai loại: - Phụ tải động lực

- Phụ tải chiếu sáng

Phụ tải động lực là phụ tải thường được yêu cầu làm việc ở chế độ dài hạn với điện áp định mức trực tiếp đến thiết bị là 380V/220V, công suất của chúng nằm trong một dải từ 1kW đến hàng chục kW và được cung cấp dòng điện xoay chiều có tần số f=50Hz

Phụ tải chiếu sáng thường là phụ tải 1 pha, công suất không lớn Đây cũng là loại phụ tải bằng phẳng, ít thay đổi và làm việc với điện áp xoay chiều có tần số f=50Hz

II NỘI DUNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÍNH

Hệ thống cung cấp điện hiểu theo nghĩa rộng bao gồm các khâu: Phát điện, truyền tải và phân phối điện năng Đối với nhà máy đang xét,

hệ thống cung cấp điện ở đây được hiểu theo nghĩa hẹp: Là hệ thống truyền tải và phân phối điện năng làm nhiệm vụ cung cấp điện cho một khu vực nhất định Nguồn của hệ thống cung cấp này lấy từ hệ thống lưới điện quốc gia với cấp thích hợp (thường cùng cấp trung bình trở xuống: 35kV; 15kV; 10kV; 6kV…)

Việc thiết kế cung cấp điện với mục tiêu cơ bản là: Đảm bảo cho hộ tiêu thụ có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng điện tốt Các yêu cầu chính cho việc thiết kế cấp điện của một hệ thống cung cấp điện là:

Độ tin cậy điện, chất lượng điện, an toàn cung cấp điện và có tính kinh tế.Tùy theo quy mô công trình lớn hay nhỏ mà các bước thiết kế có thể phân ra tỷ mỉ hoặc gộp một số bước lại với nhau Mỗi giai đoạn và vị trí thiết kế lại phải có các phương án riêng, phù hợp

Trong đề tài đồ án này, các bước thiết kế của em bao gồm các phần sau:

+ Xác định phụ tải tính toán của các phân xưởng và toàn nhà máy

+ Thiết kế hệ thống CCĐ cho phân xưởng và toàn nhà máy

+ Chọn và kiểm tra các thiết bị trong mạng điện

+ Thiết kế hệ thống chiếu sáng chung cho phân xưởng sửa chữa cơ khí + Tính toán bù công suất phản kháng cho hệ thống cung cấp điện của nhà máy

CHƯƠNG I

XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA CÁC PHÂN XƯỞNG VÀ

TOÀN NHÀ MÁY

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác phụ tỉa tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra Vì vậy chọn thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn về mặt phát nóng

Phụ tải tính toán (PTTT) được sử dụng để kiểm tra và lựa chọn các thiết bị trong hệ thống cung cấp điện như: MBA, đay dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ…PTTT còn được dùng để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tổn thất điện năng và lựa chọn bù dung lượng công suất phản kháng…PTTT phụ thuộc nhiều yếu tố như công suất, số lượng, chế

độ làm việc của các thiết bị điện, trình độ và phương thức vận hành hệ thống…Nếu PTTT xác định được nhỏ hơn phụ tải thực tế thì làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện,có khả năng dẫn đến cháy nổ…Ngược lại các thiết bị được chọn nếu dư thừa công suất sẻ làm ứ đọng vốn đầu tư, gây tổn thất điện lớn…Cũng vì vậy đã có nhiều công trình nghiên cứu phương pháp xác định PTTT nhưng đến nay vẫn chưa có phương pháp nào thật hoàn thiện Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện, thường kết quả thật không thật chính xác Ngược lại, nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp.Vì vậy tùy theo giai đoạn thiết kế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp

Và sau đây là các phương pháp xác định PTTT thường dùng nhất

1 Xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

Công thức tính

Pt t = kn c.Pđ

Trong đó :

kn c : là hệ số nhu cầu , tra trong sổ tay kĩ thuật

Pđ : là công suất đặt của thiết bị hoặc nhóm thiết bị , trong tính toán có thể lấy gần đúng Pđ Pd đ (kW)

2 Phương pháp xác định PTTT theo công suất công suất trung bình

và hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải :

Pt t = kh d Pt b

Trong đó :

kh d : là hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay kĩ thuật khi biết đồ thị phụ tải

Pt b : là công suât trung bình của thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW)

3 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình :

Pt t = Pt b  

Trong đó :

: là độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình

: là hệ số tán xạ của 

4 Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm :

Pt t =

max

0

T

M a

Trong đó :

a0: là suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh/đvsp M: là số sản phẩm sản suất trong một năm

Tm a x: là thời gian sử dụng công suất lớn nhất , (h)

5 Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên một đơn

vị diện tích:

Pt t = p0 F Trong đó :

p0 : là suất trang bị điện trên một đơn vị diện tích , (W/m2)

F : là diện tích bố trí thiết bị , (m2)

6 Phương pháp tính trực tiếp :

Là phương pháp điều tra phụ tải trực tiếp để xác định PTTT áp dụng cho hai trường hợp:

- Phụ tải rất đa dạng không thể áp dụng phương pháp nào để xác

định phụ tải tính toán.

- Phụ tải rất giống nhau và lặp đi lặp lại ở các khu vực khác nhau như phụ tải ở khu chung cư

7 Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị:

Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết

bị khác trong nhóm đang làm việc bình thường và được tính theo công thức sau:

Iđ n = Ik đ ( m a x ) + (It t - ks d Iđ m ( m a x ))

Trong đó:

Ik đ ( m a x ): là dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy

It t: là dòng điện tính toán của nhóm máy.

Iđ m ( m a x ): là dòng định mức của thiết bị đang khởi động.

ks d: là hệ số sử dụng của thiết bị đang khởi động

Trong các phương pháp trên ba phương pháp 4, 5, 6 dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định PTTT nên chỉ cho biết các kết quả gần đúng tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi Các phương pháp còn lại được xây dựng trên cơ sở lí thuyết xác suất thống kê có xét

đến nhiều yếu tố do đó kết quả chính xác hơn, nhưng khối lượng tính toán lớn hơn và phức tạp nhiều hơn

8 Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số

cực đại

Vì đã có thông tin chính sác về mặt bằng bố trí máy móc thiết bị biết được công suất và quá trình công nghệ của từng thiết bị nên ta xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại.Theo phương pháp này phụ tải tính toán được xác định như sau:

+ Tính toán phụ tải động lực

Pt t = Pđ m

Ptt =

Pt t = km a x ks d

Trong đó :

Pđ m i : công suất định mức của thiết bị

ks d :hệ số sử dụng của nhóm thiết bị tra sổ tay

n: Số thiết bị trong nhóm

km a x: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kĩ thuật theo quan hệ:

km a x = f(nh q, ks d)

nh q: Số thiết bị dùng điện hiệu quả

 Tính nh q

 Xác định n1 : số thiết bị cos công suất lớn hay bằng một nởa công suất thiết bị có công suất lớn nhất

 Xác định P1 : công suất của n1 thiết bị trên

P1 =

Xác định:

n*= n*=

Trong đó :

n : tổng số thiết bị trong nhóm

P∑ : tổng công suất mỗi nhóm

 Từ n* và P* tra bảng ta được nhp*

+ Khi nh q ≥ 4

→ Tra bảng với nh q và ks d được km a x

+ Khi nh q < 4

→ Phụ tải tính toán được xác định theo công thức

Pt t=

Trong đó:

kt i : hệ số tải của thiết bị i

kt i = 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

kt i = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

+ Phụ tải động lực phản kháng

Qt t = Pt t tgφ Trong đó

Cosφ : hệ số công suất tính toán của nhóm thiết bị, tra sổ tay

nếu hệ số công suất cosφ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì công suất trung bình tính theo công thức sau:

cosφt b =

II TÍNH TOÁN PTTT CHO CÁC PHÂN XƯỞNG

Trong phạm vi đồ án này, với bản thiết kế chi cho phân xưởng cơ khí, ta đã biết các thông tin chính xác về mặt bằng bốt trí máy móc thiết

bị, biết được công suất định mức của các thiết bị, nên ta dùng phương pháp xác định PTTT của phân xưởng này theo công suất trung bình và

hệ số cực đại Còn các phân xưởng khác, vì đã biết được công suất tính toán rồi nên ta không xét đến

1 Phân xưởng cơ khí

Phân xưởng cơ khí là phân xưởng thứ 2 trên mặt bằng sơ đồ nhà máy Phân xưởng có tất cả 18 thiết bị với các công suất và loại thiết bị khác nha, 1 văn phòng và 1 nhà kho.Hầu hết các thiết bị đều làm việc ở chế độ dài hạn Để tính toán PTTT cho phân xường cơ khí, ta phải phân nhóm thiết bị cho phân xưởng này.Việc phân nhóm phải tuân thủ các nguyên tắc sau:

+ Các thiết bị trong cùng 1 nhóm nên ở gần nhau để giảm đường dây hạ áp nhờ vậy tiết kiệm được vốn đầu tư ban đầu và tổn thất trên đường dây hạ áp trong phân xưởng

+ Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng một nhóm nên giống nhau để việc xác định PTTT được chính xác hơn và thuận lợi hơn trong việc lựa chọn phương thức cấp điện cho nhóm

+ Tổng công suất trong các nhóm nên xấp xỉ bằng nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy Số thiết bị trong cùng một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi vì số đầu ra của các tủ động lực nhỏ hơn hoặc bằng 8 đến 12

Tuy nhiên thường không thể thoả mãn được cả 3 nguyên tắc trên nên tuỳ theo yêu cầu thiết kế mà người thiết kế nên lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lí

Dựa vào các nguyên tắc phân nhóm đó kết hợp với vị trí và công suất của các thiết bị trên mặt bằng phân xưởng, ta chia thiết bị của phân xưởng cơ khí thành 5 nhóm và tính toán PTTT cho các nhóm như sau

*) Nhóm 1:

lượng

Kí hiệu trên

sơ đồ

Công suất (kW)

cosφ

k

s d

Dòng định mức (A)

(ɛđ m=30%)

Với tổng số nhóm thiết bị là n=13, trong đó có công suất quy đổi về công suất Pđ m ở chế độ dài hạn của cần trục là: